CN102260388A - 一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料，包括以下组分和重量分数比：聚丙烯50-100份、玻璃纤维10-20份、改性偶联剂5-10份、加工助剂1-5份、光稳定剂0.5-2份、增塑剂0.5-1份。其制备方法为先对玻璃纤维进行预处理以去除表面残留的有机溶剂，再在室温下采用改性的硅烷偶联剂对玻璃纤维进行表面改性处理，然后干燥后，将将偶联处理后的玻璃纤维，聚丙烯、加工助剂、光稳定剂和增塑剂置于高混机中混合5-10分钟，然后挤出造粒，干燥后注塑成型得玻璃纤维/聚丙烯复合材料。本发明工艺方法简单，成本低，对环境为污染，采用本发明的工艺方法制备的复合材料具有优良的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料，尤其是一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料及制备方法，属于高分子材料领域。
背景技术
近年来，热塑性树脂基复合材料得到了快速的发展。玻璃纤维增强聚丙烯作为一种通用热塑性增强复合材料，具有弹性模量高、强度高、热变形温度高、尺寸稳定性好、价格低廉等优点，应用十分广泛。
但因热塑性树脂一般不含有可与偶联剂反应的活性基团，偶联剂较难以化学键与基体树脂结合，其改性效果不如对热固性树脂基复合材料那样显著。PP是半结晶非极性聚合物，其分子链不具备高反应活性的极性基团，与玻纤复合后界面强度低，影响了材料综合性能的发挥。一般地，要增加玻璃纤维与PP界面结合，可从增加基体树脂的活性基团与改善玻璃纤维表面两方面着手。现有技术中，如中国专利CN86103692A介绍了可游离基聚合的不饱和化合物与聚丙烯接枝聚合作为相容剂的方法；中国专利CN1082073A介绍了用马来酸酐改性聚丙烯作为相容剂的方法，尽管这些方法都取得了一些成效，但其力学性能仍不尽理想，满足不了市场对复合材料日益提高的要求。
发明内容
为了克服以上缺陷，本发明要解决的技术问题是：提出一种一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料及制备方法，具有工艺简单，低成本高效率的特点，能很好的改善玻璃纤维和聚丙烯基体的结合力，从而提高复合材料的综合性能。
本发明所采用的技术方案为：一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于它包括以下组分和重量份数比：
聚丙烯 50-100份，
玻璃纤维 10-20份，
改性偶联剂 5-10份，
加工助剂 1-5份，
光稳定剂 0.5-2份，
增塑剂 0.5-1份。
根据本发明的另外一个实施例，一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料进一步包括所述的聚丙烯为均聚聚丙烯粉料，所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为13-18微米。
根据本发明的另外一个实施例，一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料进一步包括所述的改性偶联剂为改性硅烷偶联剂，所述改性硅烷偶联剂为改性的KH-550或改性的KH560中一种或几种。
根据本发明的另外一个实施例，一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料进一步包括所说的改性硅烷偶联剂是通过将100-120份的硅烷偶联剂用分子筛干燥后，投入反应瓶中，搅拌加入20-40份的硬脂酸，先抽真空，然后在氮气保护下油浴加热到80-85℃使之完全溶解，然后加入到0.2-1份的氢氧化钠，再抽真空，直到温度缓慢升至100-120℃，然后一直在氮气保护下恒温反应7-10h，得改性硅烷偶联剂。
根据本发明的另外一个实施例，一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料进一步包括所述的加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸、铝酸脂、钛酸酯或石蜡中的一种或几种。
根据本发明的另外一个实施例，一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料进一步包括所述的光稳定剂为UV770、UV3326、UV429中的一种或多种。
根据本发明的另外一个实施例，一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料进一步包括所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯类，为耐寒性增塑剂。
本发明还公开了一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，具体的制备过程如下：
(1)玻璃纤维预处理：在400-500℃的马福炉中烧蚀2-4小时，使其表面有机残留量在1％以下。以乙醇为溶剂，加入改性的硅烷偶联剂，制成35-50％改性硅烷偶联剂溶液，调PH＝4-5左右，搅拌至透明，然后将灼烧后的玻璃纤维放置在配置好的改性硅烷偶联剂溶液中，不停振荡溶液10-20min左右，浸泡20-30min，随后取出，将其装于容器中放置于干燥烘箱内120℃下干燥1-3h左右，冷去备用。
(2)将偶联处理后的玻璃纤维，聚丙烯、加工助剂、光稳定剂和增塑剂置于高混机中混合5-10分钟，然后挤出造粒，干燥后注塑成型得玻璃纤维/聚丙烯复合材料。
根据本发明的另外一个实施例，一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料的制备方法进一步包括步骤(2)所述注塑成型的料筒射嘴温度为180℃，一段温度为190℃，二段温度为195℃，注射压力为60-70Mpa，保压压力为50Mpa，保压时间为5-8min，冷却时间为10-15min。
本发明的有益效果是：本发明在烷烃的长链上接枝活性基团，并且能够在玻璃纤维和聚丙烯之间引入了化学键合，提高复合材料界面的粘结能力，从而更为明显地提高了复合材料的力学性能，并且该发明工艺方法简单，成本低，对环境无污染，处理后的玻璃纤维不会粘结在一起，工艺性高。采用本发明的方法制备的复合材料，力学性能好。拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性得到显著提高。
具体实施方式
现在结合优选实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
所用原材料的组分及重量份数比：均聚聚丙烯50份、无碱玻璃纤维10份、改性偶联剂5份、加工助剂1份、光稳定剂0.5份、增塑剂0.5份。
改性偶联剂的制备：通过将100份的硅烷偶联剂用分子筛干燥后，投入反应瓶中，搅拌加入20份的硬脂酸，先抽真空，然后在氮气保护下油浴加热到80-85℃使之完全溶解，然后加入到0.2份的氢氧化钠，再抽真空，直到温度缓慢升至100℃，然后一直在氮气保护下恒温反应7h，得改性硅烷偶联剂。
玻璃纤维预处理：在400℃的马福炉中烧蚀4小时，使其表面有机残留量在1％以下。以乙醇为溶剂，加入改性的硅烷偶联剂，制成35％改性硅烷偶联剂溶液，调PH＝4-5左右，搅拌至透明，然后将灼烧后的玻璃纤维放置在配置好的改性硅烷偶联剂溶液中，不停振荡溶液10min左右，浸泡20min，随后取出，将其装于容器中放置于干燥烘箱内120℃下干燥1左右，冷去备用。
将偶联处理后的玻璃纤维，聚丙烯、加工助剂、光稳定剂和增塑剂置于高混机中混合5分钟，然后挤出造粒，干燥后注塑成型，注塑成型的料筒射嘴温度为180℃，一段温度为190℃，二段温度为195℃，注射压力为60Mpa，保压压力为50Mpa，保压时间为5min，冷却时间为10min，得玻璃纤维/聚丙烯复合材料。
实施例2
所用原材料的组分及重量份数比：均聚聚丙烯80份、无碱玻璃纤维16份、改性偶联剂7份、加工助剂3份、光稳定剂1.3份、增塑剂0.8份。
改性偶联剂的制备：通过将110份的硅烷偶联剂用分子筛干燥后，投入反应瓶中，搅拌加入30份的硬脂酸，先抽真空，然后在氮气保护下油浴加热到80-85℃使之完全溶解，然后加入到0.6份的氢氧化钠，再抽真空，直到温度缓慢升至110℃，然后一直在氮气保护下恒温反应8.5h，得改性硅烷偶联剂。
玻璃纤维预处理：在450℃的马福炉中烧蚀3小时，使其表面有机残留量在1％以下。以乙醇为溶剂，加入改性的硅烷偶联剂，制成40％改性硅烷偶联剂溶液，调PH＝4-5左右，搅拌至透明，然后将灼烧后的玻璃纤维放置在配置好的改性硅烷偶联剂溶液中，不停振荡溶液15min左右，浸泡25min，随后取出，将其装于容器中放置于干燥烘箱内120℃下干燥2h左右，冷去备用。
将偶联处理后的玻璃纤维，聚丙烯、加工助剂、光稳定剂和增塑剂置于高混机中混合8分钟，然后挤出造粒，干燥后注塑成型，注塑成型的料筒射嘴温度为180℃，一段温度为190℃，二段温度为195℃，注射压力为65Mpa，保压压力为50Mpa，保压时间为6min，冷却时间为12min，得玻璃纤维/聚丙烯复合材料。
实施例3
所用原材料的组分及重量份数比：均聚聚丙烯100份、无碱玻璃纤维20份、改性偶联剂10份、加工助剂5份、光稳定剂2份、增塑剂1份。
改性偶联剂的制备：通过将120份的硅烷偶联剂用分子筛干燥后，投入反应瓶中，搅拌加入40份的硬脂酸，先抽真空，然后在氮气保护下油浴加热到80-85℃使之完全溶解，然后加入到1份的氢氧化钠，再抽真空，直到温度缓慢升至110℃，然后一直在氮气保护下恒温反应10h，得改性硅烷偶联剂。
玻璃纤维预处理：在500℃的马福炉中烧蚀2小时，使其表面有机残留量在1％以下。以乙醇为溶剂，加入改性的硅烷偶联剂，制成50％改性硅烷偶联剂溶液，调PH＝4-5左右，搅拌至透明，然后将灼烧后的玻璃纤维放置在配置好的改性硅烷偶联剂溶液中，不停振荡溶液20min左右，浸泡30min，随后取出，将其装于容器中放置于干燥烘箱内120℃下干燥3h左右，冷去备用。
将偶联处理后的玻璃纤维，聚丙烯、加工助剂、光稳定剂和增塑剂置于高混机中混合10分钟，然后挤出造粒，干燥后注塑成型注塑成型的料筒射嘴温度为180℃，一段温度为190℃，二段温度为195℃，注射压力为70Mpa，保压压力为50Mpa，保压时间为8min，冷却时间为15min，得玻璃纤维/聚丙烯复合材料。
实施例1-3制备得到的玻璃纤维/聚丙烯复合材料性能如下：
| 检测项目 | 检测标准 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 弯曲强度 | GB1449-83 | MPa | 88 | 94 | 120 |
| 拉伸强度 | GB1447-83 | MPa | 84 | 90 | 99 |
| 冲击韧性 | GB/T1043-93 | KJ/M2 | 15.9 | 16.8 | 17.2 |
由此可得出，本发明的方法制备的复合材料，力学性能好。拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性较好，材料的综合性能理想。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于它包括以下组分和重量份数比：
聚丙烯 50-100份，
玻璃纤维 10-20份，
改性偶联剂 5-10份，
加工助剂 1-5份，
光稳定剂 0.5-2份，
增塑剂 0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于所述的聚丙烯为均聚聚丙烯粉料，所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为13-18微米。
3.根据权利要求1所述的一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于所述的改性偶联剂为改性硅烷偶联剂，所述改性硅烷偶联剂为改性的KH-550或改性的KH560中一种或几种。
4.根据权利要求3所述的一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于所说的改性硅烷偶联剂是通过将100-120份的硅烷偶联剂用分子筛干燥后，投入反应瓶中，搅拌加入20-40份的硬脂酸，先抽真空，然后在氮气保护下油浴加热到80-85℃使之完全溶解，然后加入到0.2-1份的氢氧化钠，再抽真空，直到温度缓慢升至100-120℃，然后一直在氮气保护下恒温反应7-10h，得改性硅烷偶联剂。
5.根据权利要求1所述的一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于所述的加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸、铝酸脂、钛酸酯或石蜡中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于所述的光稳定剂为UV770、UV3326、UV429中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料，其特征在于所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯类，为耐寒性增塑剂。
8.一种改性玻璃纤维/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于具体的制备过程如下：
(1)玻璃纤维预处理：在400-500℃的马福炉中烧蚀2-4小时，使其表面有机残留量在1％以下。以乙醇为溶剂，加入改性的硅烷偶联剂，制成35-50％改性硅烷偶联剂溶液，调PH＝4-5左右，搅拌至透明，然后将灼烧后的玻璃纤维放置在配置好的改性硅烷偶联剂溶液中，不停振荡溶液10-20min左右，浸泡20-30min，随后取出，将其装于容器中放置于干燥烘箱内120℃下干燥1-3h左右，冷去备用。
(2)将偶联处理后的玻璃纤维，聚丙烯、加工助剂、光稳定剂和增塑剂置于高混机中混合5-10分钟，然后挤出造粒，干燥后注塑成型得玻璃纤维/聚丙烯复合材料。
9.根据权利要求1所述的一种竹纤维增强聚丙烯复合材料，其特征在于步骤(2)所述注塑成型的料筒射嘴温度为180℃，一段温度为190℃，二段温度为195℃，注射压力为60-70Mpa，保压压力为50Mpa，保压时间为5-8min，冷却时间为10-15min。
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